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材料科学大师（8）：Charles Frank
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位错是晶体材料中最基本的一类缺陷。学过一点位错知识的人都会知道金属塑性形变后位错增殖的机制——“弗兰克-瑞德位错源”。这个弗兰克便是Frederick Charles Frank（1911-1998）。
1911年3月6日，Frederick Charles Frank出生在南非的Durban，父母是英国人。出生后仅仅几周，便随父母回到了英国。他在Suffolk父亲的农庄里长大，故始终保持着对乡村的热爱。结束了在Thetford和Ipswich的学习之后，他获得了牛津Lincoln学院的奖学金，从研究化学开始了自己的学术生涯。1933年获得了第一个学位。1937年，他在“牛津工程实验室”获得了博士学位后，成为工程师。
1936-38年, 他来到了柏林的Kaiser Wilhem物理研究所，协助物理化学大师德拜（Peter Debye）工作。二战的初期，他在Wiltshire的Porton镇“Chemical Warfare Establishment”从事化学研究。后来，在牛津认识了英国空军部情报局的R.V. Jones。从此，Jones成了他一生的良师益友。1940年，Jones邀请Frank加盟刚刚组建的空军部科学情报组。Jones认为Frank不仅是一位杰出的科学家，而且在柏林的工作经历赋予了他关于德国的丰富知识。更重要的是他了解德国人做事情的风格与方式。其实，Jones当时还并不完全了解Frank所具有的惊人洞察力。
1941年1月，在前后连续拍摄的两张侦察照片上，Frank发现在靠近被德国占领的法国Cherbourg，有一处不同寻常的建筑物在宽度上略发生了一点微小的变化。其变化实际上大约只有0.1mm，基本上已经接近了照片的分辨极限。正是根据他这一精确的观察，最后在那里确定出了一处德国人的雷达站。关于Frank和Jones在战争中的许多故事，Jones在他1978年出版的《Most Secret War》一书中进行了记载。这些故事反映出Frank具有将所观察到看似完全不相关的事物联系在一起的卓越能力。
1946年，他应Nevill Mott（见材料科学大师（6）：莫脱）的邀请，来到了布里斯托大学物理系，那里每年都有大批的成果涌现。他在那里一直工作到1976年退休。1951-54年任Reader。1954年任正教授（Henry Overton Wills Professor），1969年担任系主任（有趣的是，当年莫脱本人担任这个职位的时候，Frank曾经是他手下的博士后）。
Frank到达布里斯托不久，系里的Cecil Powell研究组发现了p介子（物理的一种基本粒子）。他尝试着去对Powell的发现寻找其它可能的解释。他很有远见卓识地认识到m介子有可能通过使两个核彼此间靠得更近而催化核聚变。一年（或者更久些）以后，前苏联的萨哈罗夫（Andrei Sakharov）和美国的Luis Alvarez也分别独立地提出了相同的观点。50年后，m介子导致的聚变仍然是十分活跃的研究领域。Frank 的原始论文仍在被持续不断地广泛引用。不过，这还算不上是他的“主业”。在许多年里，他的主要研究领域是位错和晶体缺陷，这些结构缺陷对金属和其它材料的强度有着十分显著的影响。因此，具有重要的技术实用意义。他的贡献包括控制位错分解的定律、位错网络的存在与性能、位错产生的Frank-Read机制。
1950年，关于这一机制的思想同时独立地产生于Frank和Thornton Read (W.T. Read Jr.)两个人。Read当时在美国的通用电气工作。当年，他们二人在匹兹堡的一家旅馆里偶然相识。此前，Frank曾经在一次演讲中初步提到过关于这种“位错源”的设想。他在旅馆中被告知Read有事请要找他，即他也有完全相同的想法。相互讨论了各自的想法之后，他们发现彼此间对这一问题的想法的确是完全相同。于是，他们愉快地联手合作，在当时的会议上报道了这一发现。这件事情至今仍被传为佳话。
早在一年以前，Frank 就已经揭示，如果考虑所观察到的影响晶体生长速率的多重因素，当时广为接受的理论就会失效。但如果只考虑生长表面上含有的螺型位错的情况，便很容易得到解释。按照这种机制，在晶体生长的表面上会产生“生长螺旋”。当他在一次会议上介绍了这一理论之后，便立即得到了证实。有些听众当即表示他们最近的确已经观察到了如此这般的螺旋生长特征。他们的照片显示Frank 的预言是何等的精确。对于理论学家来说，他们的思想能够得到如此迅速、意外、令人满意地佐证是十分罕见的。
Frank的科学研究风格是“打一枪，换一个地方”。他习惯于在某一个题目上发表一篇“半拉子”的文章后，便转移到另一项新的研究上去。他曾经给物理学下过这样的定义：“not just concerning the Nature of Things, but concerning the Interconnectedness of all the Natures of Things”。他本人的工作与成就充分体现了这样的理念。他的研究兴趣十分广泛，加之其杰出的能力直接影响着现代固体物理的许多方面。尽管他的主要工作是关于位错理论，他对理解冷核聚变、液晶、合金结构、聚合物、地震和大陆漂移等也都做出了重要的贡献。
鉴于他诸多的科学成就，1954年当选为英国皇家学会会员（FRS），当时年仅43岁。1967-1969年，担任过英国皇家学的副主席。1994年被授予Copley奖章（皇家学会的最高荣誉）。
1998年4月5日，Frederick Charles Frank在布里斯托去世，享年87岁。
参考文献：
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1. John E. Enderby, Obituary: Sir Frederick Charles Frank (1911-98)，Nature，393 (1998) 314。
2. Robert W. Cahn: 《走进材料科学》，杨柯等译，化学工业出版社，2008年3月，北京。
https://wap.sciencenet.cn/blog-63234-247198.html
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